[发明专利]高效率线性放大器

说明书

技术领域

本发明主要涉及放大器。特别是涉及一种高效率线性放大器。

背景技术

放大器诸如A类放大器和非线性放大器经常被用来放大具有恒包络的信号。线性放大器效率较低，而在切换模式下运行的非线性放大器效率很高。在使用非线性放大器而不是线性放大器去达到线性放大的尝试中使用了各种常规的放大器。这种常规放大器的例子有卡恩包络消除与恢复(EER)放大器、脉冲宽度调制(PWM)放大器和具有非线性元件的线性放大(LINC)放大器。

图1示出了一个EER放大器100。该EER放大器100包括一个包络调制器110，一驱动器120和射频(RF)功率放大器130。包络调制器110和RF功率放大器都具有较高的效率。

一个线性调制信号被分离成一个变量包络调制信号E(t)和一个恒包络RF阶段调制信号X(t)，其中

X(t)＝cos(ω_c(t)+θ(t))

变量包络调制信号E(t)和恒包络RF阶段调制信号X(t)分别被EER放大器100的包络调制器110和驱动器120处理，并随后被组合。更具体的，包络调制器110调制提供给RF功率放大器130的供应电压，RF功率放大器130经由驱动器120放大恒包络RF阶段调制信号X(t)。

尽管EER放大器100效率高，但是其线性受到包络调制器110的频带宽度、处理的变量包络调制信号E(t)和处理的恒包络RF阶段调制信号X(t)的校准的限制。此外，包络调制器110需要一低通滤波器，这使得体积变得庞大，因此不适合与其他系统集成使用。

图2示出了PWM放大器200，其通过使用一带通德尔它-希格玛调制器210、一S类功率放大器220(其是一种典型的高效的非线性功率放大器)和一个带通滤波器230进行构造。PWM放大器200调制一提供给带通德尔它-希格玛调制器210的恒包络信号的脉冲宽度或者脉冲密度。带通德尔它-希格玛调制器210随后生成一PWM信号以提供给S类功率放大器220并放大。带通滤波器230从S类功率放大器220滤除带外的噪声。

该PWM信号例如是一个单比特数字数据流，因此带通德尔它-希格玛调制器210的操作时钟频率需要很高。更确切地说，操作时钟频率需要比相关的中心频率高数倍，通常是高四倍。因此，PWM放大器200的带宽是有限的。

由于带通德尔它-希格玛调制器210需要在高操作时钟频率下运行，PWM放大器200在更高的RF频率范围内的恒包络信号中的应用是个问题。此外，在高时钟频率下，带通德尔它-希格玛调制器210的电力消耗增加。因此，，PWM放大器200并不适用于需要进行宽带传输的应用。此外，带通滤波器230增大了PWM放大器200的大小和成本。再者，S类功率放大器220提供的放大信号也可能被带通滤波器230削弱。

图3a-b示出了一个LINC放大器300。如图3a所示，LINC放大器300具有一LINC信号发生器(LSG)310，一第一功率放大器320，一第二功率放大器330和一被动组合器340。

LSG310接收输入信号S(t)，并将输入信号S(t)转变为第一信号部分S₁(t)和第二信号部分S₂(t)，其中每一个都是非线性恒包络信号。第一和第二功率放大器320/330每个都有分别连接到LSG310和组合器340的输入和输出。第一和第二信号部分S₁(t)/S₂(t)分别提供给第一和第二功率放大器320/330并且在提供给组合器340之前被放大。组合器340收到放大的第一和第二信号部分，它们分别用符号GS₁(t)和GS₂(t)表示，并将其结合以产生一线性输出信号GxS(t)。

每个第一和第二功率放大器320/330的输出需要同增益和阶段相匹配，大约分别为0.5dB和0.3°。如果不使用一个复杂的反馈系统，这样的要求是很难满足的。

LINC放大器300的效率依赖于第一和第二功率放大器320/330和组合器340的效率。因此，组合器340的效率是至关重要的，因为第一和第二功率放大器320/330是高效率非线性放大器。组合器340的效率取决于使用的组合器类型，其是典型的孤立的组合器或是Chireix移相组合器。孤立的组合器提供了一个线性输出，然而它的效率是有限的。另一方面，Chireix移相组合器提供更好的效率，却有线性度的问题。